基于形成性評價的“操作系統”實驗環節改革與實踐

王 鑫，莊 威，張翼飛，董燕舉

（沈陽航空航天大學計算機學院 遼寧 沈陽 110136)

1 背景

“操作系統”課程是計算機科學與技術專業的專業基礎課，對畢業要求中解決“復雜工程問題”能力的培養至關重要[1]。以往的實驗教學模式，存在實驗過程管理較為粗放，實驗評價粒度不夠細，評分標準不統一，實驗成績不能完全客觀地反映學生學習效果、實踐能力等真實情況，不能精準評價實驗教學對課程教學目標的支撐，不能滿足工程教育認證的要求等諸多問題[2-3]。2018 年開始，我們將工程認證核心理念“以學生為中心，以產出為導向，持續改進”貫穿到操作系統實驗教學改革中，開展基于形成性評價的“操作系統”實驗教學改革與實踐[4]，通過將實驗教學環節進行分階段、多維度、細粒度的過程化考核，使得學生各部分實驗成績能夠精準地量化評價實驗教學過程，也能為教學效果持續改進提供可靠的數據支撐，從而構建更加科學合理的閉環教學質量保障體系。

2 “操作系統”實驗教學改革思路

課程教師團隊明確以工程認證教育理念為指導，采用形成性評價的“操作系統”實驗教學改革的總體思路。通過深入學習和理解工程認證教育理念，深刻剖析實驗教學合理評價的內涵，遵循OBE 理念的主線和底線，結合學校和學院人才培養模式改革和人才培養質量保障體系落實的政策和機制，準確把握復雜工程能力培養的主旨要義，執行“遇到問題―分析問題―解決問題―再次遇到問題―分析問題―解決問題”的反復迭代過程，逐步歸納總結適合學院操作系統實驗教學的精準度量評價機制。首先，依據操作系統課程支撐的畢業要求指標點，確定實驗支撐的教學目標、教學內容、考核方式和評價體系[5-6]；其次，細化實驗教學實施流程，制定可度量的考核方式和評價標準；最后，建立發現問題到最終解決問題的反復迭代過程，形成持續改進的長效機制。

3 設計實驗項目，確定實驗教學要求支撐的課程教學目標

課程教學團隊根據課程教學目標與畢業要求的對應關系以及操作系統課程教學目標，依托Linux Lab 提供的功能和資源，通過反復教學研討，制定出“操作系統”實驗教學大綱，并明確基于專業畢業要求指標點的課程教學目標如下表1 所示。

表1 課程教學目標與課程支撐的畢業要求指標點對應關系表

“操作系統”實驗總計8 學時，設計4 個實驗項目，均為設計型，大綱中明確每個實驗項目的內容、原理、要求、支撐的課程教學目標以及考核方法等。操作系統課程成績采用平時成績（占20%）+期末考試成績（占80%）的評定方式，其中實驗成績占平時成績的60%。操作系統實驗設計和實驗教學支撐的課程教學目標如下表2 所示。

表2 實驗教學支撐的課程教學目標

4 細化實驗考核流程，分階段細粒度考查學生實踐能力

實驗指導教師團隊在課程所在學期初，結合課程教學內容和實驗教學大綱，以及上一輪實驗教學過程中反饋的問題，定期開展實驗教學研討，制定實驗考核流程，完善實驗教學指導書，整合各實驗項目涵蓋的學習資源，擴充實驗預習測試題庫，設計實驗檢查樣例，確定檢查方式和評分標準等。每個實驗分三個考核階段，分別為實驗預習和測試、實驗檢查、實驗報告提交。不同階段考核的重點不同，有針對性地落實。實驗考核流程如圖1。

圖1 操作系統實驗教學考核流程

4.1 實驗預習和測試階段

實驗預習測試考核學生實驗前的預習準備情況、學習態度和自學能力等，預習測試題庫題目涵蓋實驗原理、實驗內容和實驗平臺使用密切相關的內容，題庫不斷豐富之后，盡可能按照實驗項目考核的側重不同，每名學生分配到的題目測試卷中，能夠涵蓋各個知識點，以保證測試的公平性，使學生需掌握的知識點均能有所覆蓋。

實驗指導團隊負責人統一下發對應的實驗指導書，實驗指導教師督促學生做好基礎知識、實驗原理的學習和實驗代碼的設計、調試等實驗準備。在規定的時間內，完成實驗預習測試。實驗預習測試在中國大學MOOC網、CourseGrading（CG）教學平臺完成，預習測試設置預警機制，原則上低于2 分的學生，不允許參加實驗檢查。

4.2 實驗檢查階段

實驗檢查前，實驗指導教師團隊根據每個實驗項目具體要完成的實驗內容、實驗要求和實驗原理等，設計若干不同考查側重點的實驗檢查樣例。實驗檢查時發布給學生，學生根據檢查樣例的劃分和樣例要求，現場修改部分代碼和調試運行，結果正確方能申請檢查，考查學生代碼修改、調試能力以及對實驗平臺的熟悉程度。

實驗檢查過程中，根據學生代碼解讀以及回答問題情況，進一步考核學生對程序代碼的理解情況、程序算法設計準確性以及實驗原理的掌握情況，實驗檢查形式靈活，可線上或線下檢查。

4.3 實驗報告提交

實驗檢查后，學生按照實驗報告模板書寫報告并通過CG 平臺提交。報告中包含針對實驗內容的設計、程序代碼（注釋）、實驗結果、實驗調試過程中問題和解決方法，實驗結論分析等內容，考查學生綜合運用知識的能力和數據分析處理能力以及文字表達能力，同時側面反映學生的學習態度，對嚴重雷同、存在抄襲的實驗報告，可將實驗報告成績記為0 分，警示學生以積極的心態對待實驗教學的各個環節，培養學生認真負責的態度。考核環節評價表如表3。

表3 考核環節評價表

在操作系統實驗教學的過程中，通過將實驗考核流程精細劃分，細致地考核實驗各個環節，使得全過程多角度考核的結果，能夠用于教學目標的多維度計算，能夠科學合理地評價實驗教學效果，能夠及時啟動預警流程，能夠敏捷反饋問題癥結，為有針對性地持續改進提供有力的依據，使得實驗教學質量和課程教學質量能夠螺旋式上升。

5 “操作系統”實驗教學改革的成效

“操作系統”實驗教學改革，于2021 年面向2018 級學生實施，目前已完成3 個年級教學。面向2018 級、2019 級和2020 級各2 個教學班實驗數據分析，數據對比如圖2（p46）。可見，通過將考核流程劃分成可量化的最小粒度，每個考核環節評分標準細化且統一執行，不僅可以減少不同指導教師間評分的主觀性干擾因素，使學生每個實驗項目各部分的成績和實驗總成績能夠真實客觀地反映實驗教學的效果和存在問題；而且，在2018 級教學實施之后，針對2018 級實驗教學各部分成績反映出的問題，逐項分析原因，研討改進的方法策略，使教學效果在2019 級和2020 級教學中，均得到明顯改善。

圖2 2018 級、2019 級和2020 級各2個教學班實驗數據對比圖

2018、2019 和2020 級算機科學與技術專業2 個教學班的實驗成績以及課程目標達成度情況如下表5，其中，目標1 由期末試卷第二題填空題的算法填空+第四題問答題的算法題+實驗部分的實驗檢查共同支撐，其中實驗部分占20%，表中目標1 的達成度僅體現的是實驗部分對課程目標的達成。

表5 實驗成績以及課程目標達成度情況

從表中的數據可知，經過三個學年的基于精準度量的實驗教學改革的實施和改進，對課程教學目標1、2、3 的達成度明顯提升，實驗教學質量逐年提高。

在實驗教學實施過程中，通過對學生實驗環節的全過程監測，學生的階段性實驗成績、實驗總成績和課程教學目標達成度等，能夠量化分析實驗教學內容是否有效支撐了課程教學目標，能夠評估出問題關鍵癥結，建立發現問題—解決問題的反復迭代過程，從而形成及時反饋，持續改進的長效機制。

通過基于形成性評價的“操作系統”實驗教學改革與實踐，提升了學生不同層次的實踐能力培養和解決復雜工程問題的能力培養，提升了學生自主學習能力，從而奠定了具備終身學習能力的基礎。